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回顾步进式光刻机概念的诞生:一个关于直觉的传奇故事

2016-10-24 07:37·半导体行业观察
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本文节选自麦瑞半导体(Micrel,现为Micro Chip收购)创始人兼首席执行官Ray Zinn自传’Tough Things First: Leadership Lessons from Silicon Valley's Longest Serving CEO’。Ray Zinn在文中回顾了上世纪七十年代他作为Electromask公司销售代表时如何构想出步进式光刻机(Wafer Stepper)的概念,又如何凭着一个概念获得TI的订单,最终又是如何随着IBM的介入被迫离职而最终走上创业路的故事。

Micrel是一家主要面向模拟,以太网和高带宽市场的IC厂商,2015年被MicroChip以8亿美元收购。Wafer Setpper是分布扫描式光刻机,利用扫描方式分步对晶圆进行光刻,其简略示意图如下所示;Wafer Stepper是当今先进半导体光刻的主流技术,也是半导体工业发展的关键设备。


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直觉是一种超乎寻常的对于未来的洞察力和预见力。在如今的硅谷,“直觉”一词已经被太多人在太多的场合太多次地提及,仿佛硅谷生产的不是芯片而是洞见未来的水晶球似的。企业家的直觉确实是存在的,但这种直觉绝不是魔法,它源自于无数的观察。这篇文章就是关于我当年如何设想到Wafer Stepper---如今半导体工业的标准设备,并且在连样机甚至任何技术规格(SPEC)都不存在的情况下获得了TI的订单. 这后来也直接导致了我创办Micrel, 因为创业的冲动让我在慢速思维的公司里显得格格不入。


在那个年代(上世纪70年代,编者注),半导体技术的最小线宽约1微米,而如今最先进的量产芯片最小线宽已经达到14纳米,尺寸比当时缩小100,000,000倍,这在很大程度上也有Wafer Stepper的功劳。


老式的工艺需要大量制造掩模版(掩模版用来定义硅片上的各种器件和连线)。我当时产生了一个想法,即利用一种设备将掩模版图形直接成像在晶圆光刻胶上,而不是照射整块大面积的掩模版。这一好处是巨大的,晶体管的密度将会急剧增加,工艺技术可以方便地适用到不同尺寸晶圆上,芯片的精确度和质量也会得到提高,同时也节省了大量掩模版制造的成本。


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然而问题在于,这一被我称为” Wafer Stepper”的设备仅仅存在于我的头脑之中,更要命的是在那个年代根本没有人乐意尝试这种想法,因为当时的芯片利用原来的工艺仍有缩微的空间。当然,在多年以后的今天,当连口袋里的苹果手机能都比当年航天飞机上的电脑强大的时候,Wafer Stepper就极为关键了。


当我正在凭空想象Wafer Stepper的时候,我所在的公司正与IBM关系打得火热,努力推进另外一种叫做电子束光刻(e-beam)的芯片制造技术。我们是一家小公司,所以当有机会和IBM这种巨头合作的时候必须全力以赴;对于一个销售人员(作者时任销售代表,编者注)的怪诞想法,公司是不会有额外资源予以支持的。所以这个想法一直停留在我的脑海中---直到我被派去开拓TI这一久负盛名的客户。


成功没有如期到来,我被拒绝了;第二次尝试时,我被两个壮汉架出了他们的办公楼,扔在了马路上,还摔破了裤子。我当时的老板是一个老派的Theory X管理理念信徒(Theory X,由美国心理学家McGregor提出的管理理论,认为必须用强制办法乃至惩罚、威胁,使员工为达到组织目标而努力,编者注),他告诉我,得不到TI的订单就意味着我职业能力的缺陷。“任何好的销售都能找到方法进入的”——这就是他几乎不带任何遮掩的最后通牒。


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然而TI对我们常规的掩模版设备不感兴趣;他们从其它更大的供应商采购此类设备。在我第二次失败的尝试之后,我的老板说:“你必须回去,进入TI对于我们来说太重要了,你必须打开一条通路。”然而我实在想不出任何办法能做到这一点,不过我对于Wafer Stepper的构想以及Wafer Stepper如何缩小芯片尺寸的想法却一直没有停息过。在那个略显久远的年代,Wafer Stepper可以将芯片特征尺寸缩减至435纳米,比之前的旧光刻方法小了三分之二。当时芯片的主流尺寸是1.5微米,所以大多数人都会说435纳米根本没有必要,没有人会用到435纳米这么小尺寸的芯片。


但我始终有一种预感,那就是TI已经在开始考虑突破当时设备的技术极限了。所以我决定设计一个小计谋,来为我们公司的传统设备争取一个被考虑的机会,另外把Wafer Stepper的概念灌输到TI的工程人员的头脑中。


于是我第三次来到了德克萨斯。前台问我的身份以及我的访问对象。“跟他说他哥在这等着呢,”我就这么告诉前台,然后坐在候客厅沙发里等。过了一会儿,我看到那个马上要成为我客户的人走下楼梯,左右张望几下后问前台他的哥哥在哪里。当前台指向我的时候,我马上堆起满脸职业的微笑;他开始发火了,而且看上去已经超过了德克萨斯人的安全阈值


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(德克萨斯州在美国以民风彪悍著称,编者注),他吼道:“你怎么敢自称是我的哥哥!”。


“四海之内皆兄弟嘛,”我用自己最友好的口气回答。他有些无语,但怒气消散了并且大笑起来。他抓住我的胳膊,“好吧,那我们就聊一聊吧”。


我一来到他的办公室,就开始大谈特谈Wafer Stepper。要知道在这个阶段,Wafer Stepper还只存在我的大脑里。我的公司对此一无所知,没有技术说明,没有工程计划,没有成本估计......什么都没有。当然我也没有指望TI的这位工程经理会对Wafer Stepper感兴趣,我只是想借此传达一个信息,那就是我们公司是深谋远虑的,因此购买我们的设备并与我们公司建立关系是有好处的,仅此而已。


但事实是他对Wafer Stepper非常感兴趣,还多叫了几个人过来听我讲故事。我对这个并不存在的设备开始信心满满地推荐,部分是因为这确实是一个不错的想法,但最重要的还是因为我亟需把TI变成自己的客户。我开始天花乱坠地介绍,匆匆忙忙地画着各种图表,同时还告诉他们这种空想的设备是公司的顶级机密,TI这么早就能见识到是非常幸运的——我才不希望他们又反馈回到我们公司说起这个并不存在的Wafer Stepper,更况且这种设备还与我们当时跟IBM合作的E-beam技术背道而驰。


然而问题是TI对此却非常地着迷。他们从Wafer Stepper的概念中看到了价值,因此对我们现有的,可售的设备毫无兴趣。他们不停地催促我,想要得知Wafer Stepper更多的细节。他们透露TI有制造0.5微米芯片的计划,因为他们火热的微波晶体管制造业务需要这一节点的技术,因此他们需要更高的光学能力,而Wafer Stepper可以满足。我越是尝试推荐我们公司已有的产品,他们却越是想讨论这款虚构的设备。


我回到了公司,关于Wafer Stepper对谁都没有透露半个字,除了我的上司,因为他非常希望知道我此次TI之行的收获,当然主要是关于现有产品的订单情况。我对此没有信心,只好回答:“他们正在评估。我给了他们一些材料,他们很快就会有反馈。”


而与此同时,关于Wafer Stepper的消息却已经从TI传回了我们整个公司。公司里其他人对Wafer Stepper自然是一无所知,所以最终电话打到了我这里。“哦,那只是我刚刚告诉TI的一个想法而已,”我这么回答,所以我的公司管理层当时并没有采取行动与TI进行沟通,因为他们都在忙着与IBM的关系以及E-Beam技术。公司里关于Wafer Stepper的流言很快就如我所愿地消失了,而我也不怎么再想起这件事。


但是TI不久之后却真的给了我反馈,然而不是采购我们已有的产品,而是询问何时能够拿到Wafer Stepper的报价。我问:“好吧,关于我们其它的产品,就没有什么能够谈谈的么?” 他们不太情愿地答应再讨论一下现有的产品,同时仍然强烈地要求Wafer Stepper的报价。


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这让我陷入了为难的境地。工程部门连想都还没想过这款设备,更别说设计与建造了,这让我怎么报价呢?然而我又绝不能让TI的订单溜走,只有先给出Wafer Stepper的报价,才有可能销售公司已有的设备。因此我决定速战速决。我取来报价单,鉴于想象中的Wafer Stepper具有非常优异的性能,我决定报出10倍于市场的价格,目的是打消TI购买这种设备的想法。对于当时单价80万美元的设备,我想即使是TI也不会用于生产的,因为这会影响到他们的盈利能力。


然而,永远也不要低估市场前进的动力。


TI连眼睛都没眨一下。他们不但答应下来了80万美元的单价,还一口气要了四台设备,总采购额超过了300万美元,这在半导体行业1微米线宽的七十年代是个天文数字。附有加急请求的订单就这样来到了我们公司,而我们对这种设备还一无所知。


我犯了一个大错误——虽然从长远来看这根本不是个错误——但我确实不应该为一个子虚乌有的设备提出报价。订单一经发布,其意义就类似于合同。这让我们公司和我个人的声誉都陷入了危险的境地。很快,TI方面与我们公司总部开始联系,希望了解订单的详细情况,我的电话也很快开始响个不停:“这些德克萨斯人总在问一些我们从没听说过的事情!”我只好在电话里飞快地说出一些技术指标,总部的人则满腹狐疑地说道:“在工程上这种东西从来没有见过!”


匆匆忙忙做出一些技术指标起不了什么作用,很快事情就变得无法控制,我的上司把我叫去了位于Woodland Hills的办公室。“TI问个不停的Wafer Stepper到底是个什么东西?”于是我告诉了他关于Wafer Stepper的前因后果。“那么,这可不是个小事,”他抱怨道。我接着告诉他TI愿意为每台设备出价80万美元,这吸引了老板的注意力。“哦,那非常不错,但是考虑到要面临的研发工作,除非他们采购五台设备,否则我是不会考虑的。”


我把手伸进大衣口袋,拿出了TI的采购订单:“四台的话您能不能接受呢?”我感觉他听完之后足足一两分钟都没有呼吸。


我们接受了订单并开始设计机器,但这需要从IBM的E-beam项目中抽调资源。不过既然TI这么急于以80万美元的单价购买四台想象之中的Wafer Stepper,那么没准IBM对于这种技术也会感兴趣。于是我们把TI的报价单和技术资料发给了IBM。


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然而IBM研发部的VP写给我们一封言辞激烈又刺耳的回信,他说Wafer Stepper是在芯片制造业最愚蠢的想法(记住,现在已经是标准装备)。这可是个大麻烦,因为IBM是我们最大最重要的客户。我的老板读完信后,把这份信隔着桌子扔给了我,而我则脸色苍白。IBM研发部的总裁是当时行业内最重要的科学家,我们公司则无足轻重,而当时的Wafer Stepper跟草稿纸上胡乱涂划出来的东西差不了多少。


“你真的不太适合为别人工作”,在总结这场我引来的说不清是机会还是惨案的闹剧时,公司老板这么说道,“你就是不适合,你的个性不是那种能够从属于某个组织的,你只能为自己工作。”话里的意思就是“另谋高就”。六年后的Tom Peters在著名的《追求卓越》一书中写道:“如果你没有被解雇,那是因为你的尝试还不够。”而我当时的尝试确实是足够了——我可以说是被解雇了:我们都同意我到了该离开的时候了。


我从车库一步一步走回家。像往常一样,在楼梯上我的妻子看到了我。“我的工作没了,”我说道,“我再也不为任何人工作了,今后只为自己工作。”那是1976年,美国正在经历滞胀,经济充满了不确定性。“哦,好啊,”她安慰地回答,“你想做什么?”


“我不太确定,但我会搞清楚的。”带着这点信心,我收拾了一下自己最后的工资单。两年半之后,在1978年11月,我创办了Micrel公司。当然在那之前我还经历了一些其它事情,因为我当时还不清楚自己要去做什么。


非常有意思的是,当年投入巨大精力的E-beam技术在今天的半导体行业使用寥寥,而Wafer Stepper则成了这一行业最重要的设备。当年那位“英明”的IBM研发总裁彻底错了,他过于沉迷于E-beam技术以至于无法再接受另外的想法。像大部分创新一样,Wafer Stepper的诞生也经历了一个信息汇聚的过程,这也是行业直觉的核心:当无数次看过拼图的碎片之后,你就会突然顿悟拼图是如何组装起来的。乔布斯了解书法和电脑,于是想到了如何将两者结合;我看到了当时的光刻技术对芯片缩微的局限,于是意识到光学系统的改进可以提升芯片密度。


直觉是与智慧相关的,智慧则是对知识恰当的应用。我们都懂得获取知识,但如果智慧缺乏,就意味着无法运用知识改进任何事物,不管是芯片设计还是人的头脑。


来源:上海微技术工研院 SITRI ,感谢作者付出!如转载不当,请联系后台删除

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